关键词：钢铁企业;扩展资源任务网;物流和能流耦合调度;副产煤气;可变电价
摘 要：钢铁行业是实现工业节能降耗和绿色生产的重点行业,其生产过程中物流和能流是耦合伴生关系,研究钢铁生产物流和能源协同调度能够提高企业运行经济性和实现更佳的节能减排。本文提出扩展资源任务网(ERTN)方法实现钢铁企业物流和多种能流介质之间协同、耦合调度,并将该方法应用于钢铁生产典型工序的物流和能流耦合调度问题,探讨物流和能流协同运行机制。本文主要内容和创新点如下:(1)根据钢铁生产物流和能流耦合特点,在传统资源任务网(RTN)方法基础上,本文提出了适用于钢铁生产物流和能流协同调度的图形化表征及建模方法——扩展资源任务网(ERTN)。该方法对传统的RTN方法进行扩展,形成了可系统抽象与建模钢铁企业物流与能流耦合关系的一种通用建模方法。(2)针对铁前系统的副产煤气产、耗和铁水产出之间关系,提出了考虑煤气-电力转化和放散的ERTN模型,以实现最大化利润和最小化放散量。该模型首次探讨了高炉煤气和焦炉煤气的产耗规律,并从工业调度的角度探讨减少放散可能性。模型中引入可变电力价格对副产煤气发电进行优化,数据实验表明,对比只考虑物流的调度方案,考虑可变电价和煤电转化的物流和能流协同调度模型一天内总利润能够提高19.386%,主要因为副产煤气发电集中在中高电价区域。最后,算例探究了各种参数对利润和放散的影响,实现从产耗、能源和环境等方面探讨铁前系统物流和副产煤气之间协调运行规律。(3)建立了兼顾可变电力价格和煤气回收转换的转炉炼钢-连铸物流和能流协同调度ERTN模型。与传统转炉炼钢-连铸调度模型相比,该模型首次探讨了多种能源介质对生产调度结果的影响。结合该调度问题特征,提出了一种新的基于不同调度单元的两阶段优化方法,可用于实际工程规模的调度问题求解。数据算例表明,对比只考虑物流的以最小化完成时间为目标的传统调度方案,考虑多种能源因素的物流和能流耦合调度模型把副产煤气发电集中在中高电价区域,煤气-电力转化利润提高57.416%。最后探讨了生产负荷对制造过程总利润和电力成本的影响。(4)建立了炼铁-炼钢集成系统物流和能流耦合调度ERTN模型。与传统的单个或多个工序调度模型相比,该模型首次统一的考虑铁前系统和炼钢系统集成调度,并考虑三种副产煤气产、消与生产物流之间的关系,实现在多种约束和目标情况下的协同调度。并通过算例验证了模型可行性和有效性,从外部用户煤气消耗、设备维修和初始条件变化等方面探讨了物流和能流耦合运行机制。综上所述,本文根据钢铁企业物流和能流耦合特点,在传统RTN的基础上,提出一种新的图形化表征及系统抽象建模方法——扩展资源任务网方法,并将该方法应用于钢铁生产关键工序(铁前系统或炼钢系统)物流和能流耦合调度问题,实现钢铁企业物流和多种能流介质之间协同、耦合调度。通过算例验证了物流和能流协同调度的可行性和有效性,并从能耗、成本和环境等角度探讨了物流和能流协同运行机制,研究成果为钢铁企业物流和能源平衡优化提供理论指导。
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